четверг, 17 мая 2012 г.

Учёные мечтают отправить к звёздам термоядерный космический корабль

Американцы и британцы взялись за отработку концепции межзвёздного корабля, способного достичь любого из полусотни ближних к Солнцу светил за время порядка 50-100 лет. Такой срок выбран, чтобы у тех, кто отправит аппарат в далёкий рейс, был хоть какой-то шанс при жизни успеть получить сигнал о достижении цели.


Проект «Икар» (Icarus) развивает американская некоммерческая группа учёных Tau Zero Foundation, одним из основателей и президентом которой является известный нам физик Марк Миллис (Marc G. Millis). Ранее он работал в NASA над концепциями передовых космических двигательных систем. Также в проекте принимают участие члены Британского межпланетного общества (British Interplanetary Society — BIS).

Прежде, чем рассказать об «Икаре», следует погрузиться в предысторию проекта. В качестве отправной точки команда Tau Zero выбрала другой межзвёздный корабль. В 1973-1978 годах группа учёных и инженеров, действовавших под эгидой BIS, разработала огромный беспилотный аппарат «Дедал» (Daedalus) с термоядерной двигательной установкой.

Общий вид и схема «Дедала» (вторая ступень — слева, первая — справа).
  1. щит
  2. исследовательские зонды
  3. летающие ремонтные роботы
  4. баки с ядерным топливом
  5. камера реакции
  6. электронные пушки
  7. телескопы
  8. главный компьютер
  9. система выброса топливных гранул
  10. бак с жидким водородом
  11. сверхпроводящие катушки
  12. индукционная петля
“Дедал” представлял собой двухступенчатую систему со стартовой массой в 54 тысячи тонн (из них 50 тысяч тонн приходилось на термоядерное горючее). В качестве топлива предполагалось использовать гранулы из смеси дейтерия и гелия-3. Последний авторы проекта замыслили добыть из атмосферы Юпитера за 20 лет с помощью автоматического завода — воздушного шара. В системе Юпитера можно было бы вести окончательную сборку колосса и оттуда он должен был стартовать к другой звезде.
Импульсный термоядерный двигатель аппарата работал бы так. Топливные гранулы должны с большой частотой выбрасываться в центр камеры сгорания (она же — сопло). Там они попадут под удар множества мощных электронных лучей. После разогрева до огромной температуры в топливных гранулах начнётся термоядерная реакция.

Её раскалённые продукты удерживались бы от соприкосновения со стенками двигателя при помощи магнитных полей. Благодаря им должна происходить передача на конструкцию корабля тягового усилия от расширяющейся и выбрасываемой плазмы.

Схема импульсного термоядерного двигателя.
  1. пушка, выбрасывающая топливные капсулы
  2. сверхпроводящие катушки
  3. электронные пушки
  4. плазменный выброс
  5. магнитное поле
  6. катушка-генератор
  7. замороженная капсула с ядерным горючим
  8. миниатюрный ядерный взрыв
  9. камера реакции/сопло

Предполагаемая цель «Дедала» — звезда Барнарда, удалённая от нас на шесть световых лет. Огромный исследовательский аппарат достиг бы её за полвека.

По проекту первая ступень «Дедала» должна была проработать два года, а вторая — 1,8 года. После этапа разгона аппарат должен был достичь 12% от скорости света (максималка составила бы 36 тысяч км/с). Далее последовал бы 46-летний полёт по инерции.

Британцы продумали много тонкостей в проекте такого зонда. Так наиболее важные части конструкции «Дедала» были «нарисованы» из молибденового сплава, сохраняющего прочность при криогенных температурах. В роли щита, прикрывающего головную часть комплекса от скоростного потока межзвёздных пыли и газа, решено было использовать 50-тонный диск из бериллия толщиной 7 миллиметров.

Поскольку Daedalus не должен был тормозить у цели, в его недрах к звезде Барнарда предполагалось доставить 18 автономных зондов с ионными двигателями. Их следовало выпустить в свободный полёт за несколько лет до прибытия в чужую систему, которую они могли бы исследовать не торопясь.

А для того чтобы содержащиеся в ней пыль и микрометеориты не уничтожили технику немедленно, впереди зондов и корабля следовало бы выбросить большое облако мелких частиц, которые расчищали бы путь.


Через три десятилетия после завершения проекта Daedalus специалисты решили, что пора посмотреть на него свежим взглядом и перекроить с учётом нынешних достижений техники. Выбор именно этой точки опоры диктовался рядом очевидных соображений.

Даже теперь «Дедал» всё ещё остаётся одной из самых проработанных концепций межпланетного корабля в истории. А двигательная установка «Дедала» по расчётам обеспечивала бы удельный импульс порядка миллиона секунд. Трудно представить технически удобоваримый вариант космического привода, который мог бы тягаться по этому параметру с описанным выше аппаратом. Именно потому у «Икара» должна быть аналогичная термоядерная двигательная установка.

Официально стартовавший 30 сентября 2009 года проект Icarus расчитан на пять лет. Он собрал под своё крыло двадцать учёных, инженеров и дизайнеров. Они считают, что человеку вполне по силам построить межзвёздный корабль, рассчитанный на крейсерскую скорость в 10-20% от скорости света.

Хотя в целом новый межзвёздный странник должен быть нарисован по мотивам «Дедала», многие его части будут серьёзно пересмотрены. Пока исследователи провели несколько общих оценок и ввели ряд ограничений. Так что насколько «сын Икар пойдёт в отца», мы узнаем где-нибудь в конце 2014 года.

Кроме того, одно отличие проглядывает уже сейчас. Если Daedalus по прибытии в систему чужой звезды пересёк бы её на всех парах, то есть примерно за два дня, наследник должен суметь немного притормозить. Так он сможет растянуть период исследования планетарной системы — главного лакомства в таком грандиозном предприятии.


Тут пора сказать, что в центре внимания Tau Zero Foundation и BIS оказались не только переоценка конструкции межзвёздного колосса с позиции современных науки и техники, но и выбор потенциальных целей для такого корабля. А их список достаточно велик, поскольку инициаторы проекта заранее очертили для этого разведчика радиус действия в 15 световых лет.

На таком удалении от нас насчитывается 56 звёзд, входящих в 38 систем, но это число может немного варьироваться.

Как объясняет Discovery, на условной границе в 15 световых лет находится несколько звёзд, расстояние до которых определено с некой погрешностью. Так что это может быть и 14,9, и 15,1 световых года. Если окажется, что такая цель по научным соображениям привлекательна, вряд ли гипотетические организаторы первой межзвёздной беспилотной экспедиции будут торговаться из-за лишних 0,1-0,2 светового года.

Очевидно, что предпочтительнее всего выбрать объект поближе, на расстоянии до десяти световых лет, а самое привлекательное — просто ближайший, то есть Альфу Центавра. Ведь полёт такого корабля можно сравнить с постройкой какого-нибудь средневекового готического собора, нередко затягивавшейся на очень долгий срок. Большинство учёных и конструкторов, отправивших «Икара» в космос, его прибытия к другой звезде, рискуют не застать.

Помимо расстояния, вторым важным фактором для определения цели является наличие у звезды планет. В идеале — земного типа или сверхземель, да ещё чтобы находились в обитаемой зоне. Пока из 56 ближних звёзд присутствие планет достоверно определено лишь у пары: Эпсилон Эридана (10,5 световых лет) и Глизе 674 (14,8 световых года).

И их планеты, увы, далеки от «комфортного» состояния. Они или слишком горячи или холодны. Однако, учитывая последние успехи в деле открытия экзопланет и оценку, гласящую, что примерно треть звёзд главной последовательности должна обладать мирами с массой менее 30 Земель, у упомянутых 56 звёзд планет должно быть порядка полутора десятка.

Таким образом, есть хороший шанс, что в ближайшие годы в этом ближнем окружении будут найдены объекты, притягательные с точки зрения детального изучения. Развитие техники позволяет даже надеяться, что у них можно будет заранее отснять спектры в поисках признаков жизни. Если такие «подписи» будут обнаружены, вопрос о том, куда посылать корабль «Икар» — не возникнет.

Осталось только прояснить выбор имени аппарата. Конечно, Икар — сын Дедала, так что имя новичка отражает преемственность. Но, с другой стороны, по древнему мифу Дедал благополучно перелетел море, а вот его сын сгинул в пучине. Не слишком оптимистичная ассоциация.

Возможно, дело в том, что Икар не просто воспользовался изобретением Дедала, но попробовал «выйти за пределы».

«Икар взлетел вверх к солнцу, воск, скрепляющий его крылья, расплавился и полёт закончился фиаско. … я предпочитаю думать об Икаре, как о человеке, который выставил на свет серьёзные конструкционные дефекты летающих машин своего времени», — цитирует Discovery британского астрофизика Арутра Эддингтона (Arthur Eddington). Эти слова он написал в 1926 году.


Физики и дизайнеры, занятые в проекте Icarus, тоже попытаются хотя бы в теории определить — на что способна, а на что не способна современная техника применительно к столь амбициозной цели, как межзвёздный полёт. Проект рассчитывает подтолкнуть новые поколения учёных к разработке и постройке аппаратов, готовых выйти далеко за границы Солнечной системы.

Комментариев нет:

Отправить комментарий